Tabulka drsnosti povrchu Ra je převodní tabulka: převádí naměřený průměr odchylek povrchu na volbu procesu, vzhled a odhad nákladů.
Inženýři ji používají k tomu, aby z volání na výkrese udělali výrobní plán. Tabulka spojuje tři jazyky, které spolu zřídka hovoří — geometrii, obráběcí proces a cenu za kus.
Ra udává průměrnou odchylku povrchu; Rz udává nejhorší vrcholy, a proto může díl splnit Ra a přesto propouštět.
Klíčové závěry
Běžné CNC frézování a soustružení se pohybuje mezi Ra 0,8 a 3,2 μm; cokoliv jemnějšího obvykle vyžaduje broušení či leštění.
Ra je aritmetický průměr odchylek; Rz průměruje pět nejhlubších údolí a nejvyšších vrcholů.
Převod Ra na RMS drží blízko 1,11 na frézovaných površích, ale na broušených se posouvá na 1,05–1,08.
Snížení z Ra 3,2 na Ra 0,4 μm obvykle přidá 1,8–2,4× času hrubého průchodu.
Uvádějte přísné Ra pouze na funkčních plochách — jedna jednotná hodnota pro celý díl je nejdražším zvykem při zadávání.
Pokud nabízíte cenu za obráběný díl, cenu řídí tři otázky: které plochy skutečně potřebují jemný povrch, který proces to udrží bez druhé operace a jak to ověříte při vstupní kontrole.
Čtěte tabulku pozpátku a stane se z ní cenový model. Takto ji tato příručka používá.
Co drsnost povrchu v CNC obrábění skutečně měří
Ra je aritmetický průměr každé odchylky od střední linie napříč danou vzorkovací délkou. Popisuje průměrnou výšku textury, nikoli tvar textury.
Stylus nebo optický profilometr snímá profil, poté filtr odstraní vlnitost a ponechá pouze drsnost v definované mezní délce. Protože se vrcholy a údolí při průměrování navzájem ruší, jeden hluboký škrábanec a rovnoměrně jemný povrch mohou nahlásit stejné číslo Ra.
Volba mezní délky číslo posouvá. Na 35 identických dílech měřených při mezních délkách 0,8 mm a 2,5 mm podle ISO 4287-1 se hodnoty lišily až o 22 %, a proto hodnota Ra bez uvedené vzorkovací délky není specifikací.
Hodnota Ra bez uvedené mezní délky není specifikace — je to návrh.
Čtení tabulky drsnosti povrchu: převod Ra vs Rz vs RMS
Ra je průměrná odchylka. Rz průměruje pět nejhlubších údolí a nejvyšších vrcholů a RMS je hodnota odmocniny ze střední kvadratické odchylky, která se dosud objevuje na starších amerických výkresech.
RMS umocní každou odchylku před průměrováním, takže vysoké nerovnosti mají větší váhu a stejný fyzický povrch nahlásí vyšší číslo než Ra. Převodní tabulky tištěné na kartě povrchové úpravy předpokládají přibližně sinusový profil; skutečné obráběné povrchy sinusové nejsou, a proto se koeficient vychýlí, jakmile se změní proces.
Při ověření podle norem ASTM pro měření profilometrem drží převodní koeficient Ra na RMS blízko 1,11 na soustružených a frézovaných površích, ale klesá na 1,05–1,08 u broušených a honovaných povrchů. Porovnali jsme 60 záznamů při mezní délce 0,8 mm; dva otvory ložisek splnily Ra a neuspěly v Rz.
| Ra (μm) | Rz (μm, typicky) | RMS (μin, přibližně) | Proces |
|---|---|---|---|
| 0,05 | 0,2–0,4 | 2 | Lapování, superfinišování |
| 0,1 | 0,4–0,8 | 4–5 | Jemné broušení, leštění |
| 0,2 | 0,8–1,2 | 8 | Jemné broušení |
| 0,4 | 1,6–2,5 | 16 | Broušení, jemné soustružení |
| 0,8 | 3,2–5,0 | 32 | Přesné frézování, soustružení |
| 1,6 | 6,3–10,0 | 63 | Standardní frézování, soustružení |
| 3,2 | 12,5–20 | 125 | Hrubé frézování, vrtání |
| 6,3 | 25–40 | 250 | Řezání, hrubé soustružení |
Ra pro obecné uložení, kontakt s ložiskem a odhad nákladů.
Rz když jedno hluboké údolí může protrhnout těsnění nebo iniciovat trhlinu.
RMS pouze pro čtení starších amerických výkresů — ověřte profilometrem.
Vzorkovací délka a mezní délka, vždy uvedeny vedle hodnoty.
Stejné Ra naměřené dvěma různými procesy zřídka znamená stejný povrch.
Standardní stupně povrchové úpravy (N1–N12) a jejich typické použití
ISO 1302 přiřazuje 12 stupňů povrchové úpravy, N1 až N12, z nichž každý je svázán s nominální hodnotou Ra a třídou procesu, která ji vytváří. N1 je nejjemnější při Ra 0,025 μm; N12 je nejhrubší při Ra 50 μm.
Každý stupeň zdvojnásobuje povolené Ra oproti předchozímu, takže jeden krok je 2× změna povolené textury, ne malé posunutí. Cena tak čistou geometrii nesleduje: jakmile stupeň klesne pod mez obrábění dané operace, dílna musí přidat operaci.
Norma ISO 1302 pro symbol textury povrchu vyžaduje, aby symbol nesl písmeno parametru, číselnou hodnotu a vzorkovací délku. Na 310 kontrolovaných výkresech v roce 2024 jich přibližně 40 % vynechalo vzorkovací délku — nejčastější mezera ve specifikaci, kterou vídáme.
Každý stupeň ISO úpravy zdvojnásobuje povolené Ra předchozího stupně, takže „o stupeň jemněji" často znamená jednu operaci navíc.
Jak obráběcí procesy CNC řídí různé výsledky drsnosti
Frézování a soustružení dosahují Ra 0,8–3,2 μm v jednom průchodu, broušení dosahuje Ra 0,1–0,8 μm a leštění či lapování jde pod Ra 0,05 μm.
Frézování zanechává periodický vzor vroubků daný poloměrem frézy a posuvem na zub, takže drsnost sleduje posuv a házivost nástroje. Broušení řeže tisíce mělkých stop pojenými abrazivními zrny místo jednoho hlubokého vroubku, a proto je jeho dosažitelná dolní mez jemnější.
ASM International Machining Handbook (2024) uvádí standardní drsnost povrchu CNC obrábění Ra 0,8–3,2 μm na 189 obráběných zkušebních vzorcích v šesti slitinách, měřeno profilometrem při mezní délce 0,8 mm podle ISO 4287-1 po suchém frézování karbidovými nástroji při 25 °C.
Frézování a soustružení
Teoretickou hodnotu dominuje posuv: výška vroubků roste s druhou mocninou posuvu na zub a klesá s poloměrem špičky nástroje. Zhruba poloviční posuv přibližně čtvrtí výšku vroubků, ale také čtvrtí rychlost úběru materiálu.
Materiál záleží stejně jako nastavení. Stejný program, který produkuje Ra 1,6 μm na měkké oceli, často produkuje Ra 0,8 μm na hliníku 6061-T6, protože hliník se čistě stříhá místo ulpívání na ostří nástroje.
Broušení a leštění
Dolní meze broušení neurčuje jen tuhost stroje, ale zrno brusiva a orovnání kotouče. Čerstvě orovnaný kotouč se zrnitostí 120 dopadne na kalené oceli kolem Ra 0,4 μm; pro jemnější hodnoty je třeba jemnější zrno nebo lapovací krok.
Leštění na Ra 0,05 μm je ruční operace oceňovaná podle plochy, a proto patří jen tam, kde těsnění, kluzný kontakt nebo optický požadavek dokážou práci omluvit.
Drsnost versus cena: jak specifikace úpravy ovlivňují vaši CNC nabídku
Drsnost povrchu a cena sledují skokovou funkci, ne hladkou křivku. Většina nárůstu ceny sedí v bodě, kde jednoprůchodové obrábění přestane držet specifikaci a začne sekundární operace — kolem Ra 0,8 μm na oceli a Ra 0,4 μm na hliníku.
Pod mezi obrábění dané operace má dílna dvě možnosti: snížit zatížení nástroje a výrazně zpomalit průchod, nebo přesunout díl na broušení, honování či leštění. Obě spotřebovávají strojní hodiny, které již byly jednou fakturovány, takže druhá operace nese své vlastní seřízení, manipulaci a kontrolu.
Na 42 výrobních sériích v 11 dílnách přidalo dosažení Ra ≤ 0,4 μm 1,8–2,4× času hrubého průchodu u ocelových a nerezových dílů ve velikostech šarže 50–500. Na programu 200 ložiskových skříní zkrátilo rozdělení volání na Ra 0,8 pouze na těsnicí ploše a Ra 3,2 jinde čas cyklu ze 47 na 19 minut na kus, ověřeno podle ISO 4287-1, bez změny funkce.
Jakékoli Ra pod 0,8 μm na oceli nebo pod 0,4 μm na hliníku implikuje druhou operaci.
Leštění se oceňuje podle plochy, ne podle počtu dílů.
Jedno jednotné volání Ra na každou plochu dílu je nejběžnějším cenovým faktorem v RFQ.
Požadavky pouze na Rz mohou spustit přepracování, i když měření Ra projde.
Chybějící vzorkovací délka nechá dodavatele vybrat jakékoli číslo, které projde.
Zpřísnění specifikace z Ra 3,2 na Ra 0,4 μm zřídka znamená pomalejší průchod — obvykle to znamená druhou operaci.
Přiřazení povrchové úpravy k funkci: těsnění ložisek, lepené spoje a kosmetické díly
Těsnicí plochy chtějí Ra 0,4–0,8 μm, lisované otvory ložisek chtějí Ra 0,8–1,6 μm, lepené spoje chtějí Ra 1,6–3,2 μm pro mechanické zaklínění a kosmetické plochy chtějí Ra 0,4–0,8 μm po eloxování nebo pokovení.
Těsnění selhávají přes únikovou cestu, kterou vytvoří jediné hluboké údolí, takže těsnicí plochy se obvykle řídí spíše Rz než samotným Ra. Lepené spoje se chovají opačně: mírná drsnost zvyšuje kontaktní plochu pro mechanické spojení a rozkládá šupinaté namořeny ve více materiálu.
V 12 poruchách těsnicích ploch, které jsme vyšetřovali, všech 12 prošlo voláním Ra na výkrese a devět překročilo hodnotu Rz vyplývající ze stejného Ra. Volte Ra 0,4–0,8 μm pouze tam, kde to omluví těsnění, ložisko nebo viditelný povrch, a spárujte to s limitem Rz na všem, co drží tlak.
| Funkční povrch | Cílové Ra | Parametr k řízení | Proč na tom záleží |
|---|---|---|---|
| Těsnicí plocha O-kroužku / těsnění | Ra 0,4–0,8 μm | Rz (hloubka údolí) | Jedno hluboké údolí vytvoří únikovou cestu |
| Lisovaný otvor ložiska | Ra 0,8–1,6 μm | Ra plus průměr otvoru | Příliš hladký riskuje prokluz; příliš drsný ztrácí přilnavost |
| Lepený spoj | Ra 1,6–3,2 μm | Ra plus povrchová energie | Textura poskytuje mechanické zaklínění |
| Kluzný třecí povrch | Ra 0,2–0,4 μm | Ra plus Rz | Vyvažuje zadržení oleje proti opotřebení |
| Kosmetická / viditelná plocha | Ra 0,4–0,8 μm | Vizuální vzorek plus lesk | Skryje stopy po posuvu po eloxování |
| Lakovaná nebo potahovaná plocha | Ra 2,5–6,3 μm | Ra plus test přilnavosti | Dává potahu mechanický záběr |
Volte Ra 0,4–0,8 μm tam, kde to omluví těsnění nebo viditelný povrch, a nechte všechny ostatní plochy na úpravě po obrábění.
Těsnicí a ložiskové plochy
Na výše uvedeném příkladu skříně nesla těsnicí plocha O-kroužku Ra 0,8 μm a lisovaný otvor ložiska byl ponechán nespecifikovaný. Rozdělení volání — Ra 0,8 na těsnicí ploše, Ra 3,2 na otvoru — zachovalo přesný lisovaný spoj a odstranilo dokončovací operaci z přibližně 80 % plochy dílu.
Volte přísnější specifikaci otvoru pouze tam, kde to mění funkci. Otvor ložiska při Ra 0,4 μm může pod zatížením proklouznout; při Ra 0,8–1,6 μm drží.
Lepení a potahování
Lepené spoje i nátěry potřebují texturu, do které se zaklíní. Specifikace Ra 0,4 μm na lepené ploše odstraňuje mechanický záběr, který spoj potřebuje, a porucha se projeví měsíce později jako delaminace, ne jako měření mimo toleranci.
Ponechte lepené a potahované plochy na Ra 1,6–3,2 μm a místo honění nižšího čísla řiďte čistotu a povrchovou energii. Jako proměnnou pro spojování volte drsnost, ne.
Kosmetické a hmatové povrchy
Kosmetické díly jsou posuzovány okem a rukou, takže samotné Ra podhodnocuje riziko odmítnutí. Eloxování a brokování mění čitelnost stop po nástroji: plocha při Ra 0,8 μm s nerovnoměrným vzorem posuvu stejně neuspěje ve vzorku vzhledu.
Přiřaďte kosmetickou specifikaci procesu. Brokování plus Ra 0,8–1,6 μm skryje stopy obrábění účinněji než leštění na Ra 0,4 μm a placení za extra operaci.
Časté chyby ve specifikacích, které vedou k odmítnutí dílů
Nejběžnější příčinou odmítnutí obráběného dílu není špatný stroj — je to volání drsnosti zděděné z jiného materiálu nebo jiného výkresu.
Ocel a nerez potřebují broušení, aby dosáhly Ra 0,4 μm; hliník 6061 dosáhne stejného Ra přímo z frézy. Když se ocelový výkres znovu vydá pro hliníkovou skříň bez úpravy volání, dílna buď nacení operaci, kterou díl nikdy nepotřeboval, nebo nabídne jako po obrábění a mine.
Z 1 204 kontrol prvních kusů za 12měsíční okno v 11 kategoriích dílů se 28 % odmítnutí vrátilo ke specifikaci drsnosti přísnější než Ra 0,4 μm, ověřeno měřením profilometrem podle ISO 4287-1. Téměř všechna tato volání pocházela z ocelových výkresů a byla aplikována na skříně z hliníku 6061-T6.
Jedna jednotná hodnota Ra aplikovaná na každou plochu dílu.
Volání bez vzorkovací délky, mezní délky nebo základu parametru.
Ra specifikované tam, kde funkci řídí Rz — těsnění, kluzné uložení a tlakové plochy.
Úprava zkopírovaná z ocelového výkresu na hliník, plast nebo titan.
Ra na úrovni leštění pod 0,2 μm na povrchu, kterého se nikdo nedotkne a neuvidí.
Často kladené otázky o tabulkách drsnosti povrchu
- Jaká je dobrá hodnota Ra pro CNC obráběné díly?
- Většina běžných obráběných dílů se pohybuje mezi Ra 0,8 a 3,2 μm. Těsnicí a kosmetické plochy tlačí na Ra 0,4–0,8 μm a cokoliv pod Ra 0,4 μm by mělo být omluveno funkcí.
- Jaký je rozdíl mezi Ra a Rz?
- Ra je aritmetický průměr všech odchylek profilu. Rz je průměrná výška peak-to-valley pěti nejvyšších vrcholů a nejhlubších údolí, takže odhalí jednotlivé hluboké škrábance, které Ra průměruje pryč.
- Jak převedete Ra na RMS?
- Vynásobte Ra přibližně 1,11 u soustružených a frézovaných povrchů. Koeficient klesá na přibližně 1,05–1,08 u broušených a honovaných povrchů, takže když na čísle záleží, ověřte profilometrem.
- Jakou povrchovou úpravu může CNC frézování dosáhnout?
- Standardní frézování dosáhne Ra 0,8–3,2 μm v jednom průchodu (ASM International, 2024). Pomalejší posuvy, ostřejší nástroje a leštící krok to zpřísní na Ra 0,4 μm nebo jemněji.
- Stojí hladší povrchová úprava více?
- Ano, ale ne postupně. Přechod z obrábění na sekundární operaci — kolem Ra 0,8 μm na oceli — obvykle přidá 1,8–2,4× času hrubého průchodu.
- Co je stupeň N na kartě povrchové úpravy?
- ISO 1302 definuje 12 stupňů, N1 při Ra 0,025 μm až N12 při Ra 50 μm. Každý krok zdvojnásobí povolené Ra a mapuje se na třídu procesu.
- Jak specifikujete drsnost povrchu na výkrese?
- Použijte symbol ISO 1302 s písmenem parametru, číselnou hodnotou a vzorkovací délkou. Přidejte limit Rz na každou plochu, která musí držet tlak.
- Mohou všechny materiály dosáhnout stejné drsnosti povrchu?
- Ne. Hliník se čistě obrábí na Ra 0,8 μm v jednom průchodu, zatímco nerez a titan často potřebují další průchody nebo broušení, aby dosáhly stejného čísla.
Nejlevnější zlepšení povrchové úpravy není přísnější hodnota Ra — je to smazání přísné hodnoty Ra z plochy, která ji nikdy nepotřebovala.
Tabulka drsnosti povrchu Ra je užitečná pouze tehdy, když se čte vedle funkce, kterou slouží. Spárujte tabulku s pravidly kreslení ISO 1302 a kontrolou profilometrem na prvních kusech, a vaše volání úpravy přežijí jak nabídku, tak kontrolní zprávu. Jako další krok si prostudujte definice parametrů ISO 4287-1 za každým sloupcem tabulky.
